河南中医药大学：《Linux服务器构建与运维管理》课程教学资源（课件讲稿，2019级）第09章 使用KVM实现虚拟化

Linux服务器构建与运维管理 第09章:使用KM实现虚拟化 阮晓龙 13938213680/ruanxiaolong@hactcmeducn http://linux.xg.hactcm.edu.cn 河南中医药大学信息管理与信息系统教研室 信息技术学院网络与信息系统科研工作室

Linux服务器构建与运维管理 第09章：使用KVM实现虚拟化 1 阮晓龙 13938213680 / ruanxiaolong@hactcm.edu.cn http://linux.xg.hactcm.edu.cn http://www.51xueweb.cn 河南中医药大学信息管理与信息系统教研室 信息技术学院网络与信息系统科研工作室 2021.4

2 提纲 口虚拟化技术 虚拟化技术简介 虚拟化的工作原理 虚拟化的实现方式 主流虚拟化解决方案 使用KM实现虚拟化 KVM简介 在 Centos上实现KWM虚拟化 创建K∨M虚拟机 ■管理KVM虚拟机 口管理KM虚拟化平台 ■可视化管理工具 河南中医药大学/阮晓龙713938213680/http://inux.xg.hactcm.edu.cn/http://www.5lxueweb.cn

河南中医药大学 / 阮晓龙 / 13938213680 / http://linux.xg.hactcm.edu.cn / http://www.51xueweb.cn 提纲  虚拟化技术 ◼ 虚拟化技术简介 ◼ 虚拟化的工作原理 ◼ 虚拟化的实现方式 ◼ 主流虚拟化解决方案  使用KVM实现虚拟化 ◼ KVM简介 ◼ 在CentOS上实现KVM虚拟化 ◼ 创建KVM虚拟机 ◼ 管理KVM虚拟机  管理KVM虚拟化平台 ◼ 可视化管理工具 2

3 1虚拟化技术 11虚拟化技术简介 ¤虛拟化技术( Virtualization)是伴随着计算机技术的产生而岀现的,在计算机 技术的发展历程中一直扮演着重要的角色。 虚拟化,是指通过虚拟化技术将一台计算机虚拟为多台逻辑计算机。在一台计算机 上同时运行多个逻辑计算机,每个逻辑计算机可运行不同的操作系统,并且应用程 序都可以在相互独立的空间內运行而互不影响,从而显著提高计算机的工作效率。 ■虚拟化,是一种资源管理技术,是将计算杋的各种实体资源,如服务器、网络、内 存及存储等,予以抽象、转换后呈现岀来,打破实体结构间的不可切割的障碍,使 用户可以更好应用资源。 ■虚拟化,是一个为了简化管理、优化资源分配的解决方案。 河南中医药大学/阮晓龙713938213680/http://inux.xg.hactcm.edu.cn/http://www.5lxueweb.cn

河南中医药大学 / 阮晓龙 / 13938213680 / http://linux.xg.hactcm.edu.cn / http://www.51xueweb.cn 1.虚拟化技术  虚拟化技术（Virtualization）是伴随着计算机技术的产生而出现的，在计算机 技术的发展历程中一直扮演着重要的角色。 ◼ 虚拟化，是指通过虚拟化技术将一台计算机虚拟为多台逻辑计算机。在一台计算机 上同时运行多个逻辑计算机，每个逻辑计算机可运行不同的操作系统，并且应用程 序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响，从而显著提高计算机的工作效率。 ◼ 虚拟化，是一种资源管理技术，是将计算机的各种实体资源，如服务器、网络、内 存及存储等，予以抽象、转换后呈现出来，打破实体结构间的不可切割的障碍，使 用户可以更好应用资源。 ◼ 虚拟化，是一个为了简化管理、优化资源分配的解决方案。 3 1.1 虚拟化技术简介

1虚拟化技术 12虚拟化的工作原理 ¤虚拟化技术通过把物理资源抽象转换为逻辑上可以管理的资源,达到整合简化 物理基础设施架构、提高资源整体利用率、降低运维管理成本等目标,解决物 理基础设施之间耦合性强的弊端,实现基于业务运行实际而弹性的自动化分配 资源。 ¤虛拟化技术通过透明化底层物理硬件达到最大化利用物理硬件的目标,解决高 性能的物理硬件产能过剩和老旧硬件产能过低的重组重用。简单来说,就是将 底层资源进行分区,并向上层提供特定的、多样化的运算环境。 □虚拟化技术通过有效管理虚拟资源和物理资源之间的映射关系,达到充分共亨 物理资源的目标,解决应用系统从资源独占到资源共享的转变,实现业务服务 的高可用。 河南中医药大学/阮晓龙713938213680/http://inux.xg.hactcm.edu.cn/http://www.5lxueweb.cn

河南中医药大学 / 阮晓龙 / 13938213680 / http://linux.xg.hactcm.edu.cn / http://www.51xueweb.cn 1.虚拟化技术  虚拟化技术通过把物理资源抽象转换为逻辑上可以管理的资源，达到整合简化 物理基础设施架构、提高资源整体利用率、降低运维管理成本等目标，解决物 理基础设施之间耦合性强的弊端，实现基于业务运行实际而弹性的自动化分配 资源。  虚拟化技术通过透明化底层物理硬件达到最大化利用物理硬件的目标，解决高 性能的物理硬件产能过剩和老旧硬件产能过低的重组重用。简单来说，就是将 底层资源进行分区，并向上层提供特定的、多样化的运算环境。  虚拟化技术通过有效管理虚拟资源和物理资源之间的映射关系，达到充分共亨 物理资源的目标，解决应用系统从资源独占到资源共享的转变，实现业务服务 的高可用。 4 1.2 虚拟化的工作原理

5 1虚拟化技术 12虚拟化的工作原理 虚拟机 虚拟机 虚拟机 应用程序 应用程序 应用程序 软件抽象层 软件抽象层 软件抽象层 操作系统 操作系统 操作系统 软件抽象层 软件抽象层 虚拟化层 哽件抽象层 硬件 河南中医药大学/阮晓龙713938213680/http://inux.xg.hactcm.edu.cn/http://www.5lxueweb.cn

河南中医药大学 / 阮晓龙 / 13938213680 / http://linux.xg.hactcm.edu.cn / http://www.51xueweb.cn 1.虚拟化技术 5 1.2 虚拟化的工作原理

6 1虚拟化技术 13虚拟化的实现方式 ¤根据实现方式不同,虚拟化技术可以分为全虚拟化、半虚拟化、操作系统级虚 拟化等。 全虚拟化 口在全虚拟化中,虚拟机(" guest",客户机)和硬件之间,安装有" Hypervisor(超级管理 器)"。 Hypervisor是一切硬件资源的管理者,并将其虚拟成各种设备,客户机操作系统无 需做仼何修改,就能直接对虛拟化的硬件发岀请求。客户杋操作系统内核执行的任何有特 权的指令都需要经过 Hypervisor翻译,才能正确地被处理。 ¤全虚拟化是最为安全的一种虚拟化技术,因为客户机操作系统和底层硬件之间已被隔离。 客户机操作系统的内核不要求做任何修改,可以在不同底层体系结构之间自由移植客户机 操作系统。只要有虚拟化软件,客户机就能在任何体系结构的处理器上运行,但是在翻译 CP∪指令时会有一定的性能损失 河南中医药大学/阮晓龙713938213680/http://inux.xg.hactcm.edu.cn/http://www.5lxueweb.cn

河南中医药大学 / 阮晓龙 / 13938213680 / http://linux.xg.hactcm.edu.cn / http://www.51xueweb.cn 1.虚拟化技术  根据实现方式不同，虚拟化技术可以分为全虚拟化、半虚拟化、操作系统级虚 拟化等。 ◼ 全虚拟化  在全虚拟化中，虚拟机（“guest”，客户机）和硬件之间，安装有“Hypervisor（超级管理 器）”。Hypervisor是一切硬件资源的管理者，并将其虚拟成各种设备，客户机操作系统无 需做任何修改，就能直接对虚拟化的硬件发出请求。客户机操作系统内核执行的任何有特 权的指令都需要经过Hypervisor翻译，才能正确地被处理。  全虚拟化是最为安全的一种虚拟化技术，因为客户机操作系统和底层硬件之间已被隔离。 客户机操作系统的内核不要求做任何修改，可以在不同底层体系结构之间自由移植客户机 操作系统。只要有虚拟化软件，客户机就能在任何体系结构的处理器上运行，但是在翻译 CPU指令时会有一定的性能损失。 6 1.3 虚拟化的实现方式

7 1虚拟化技术 13虚拟化的实现方式 ¤根据实现方式不同,虚拟化技术可以分为全虚拟化、半虚拟化、操作系统级虚 拟化等。 全虚拟化 Guest 图图 ervisor (VMM) 系统硬件 磁盘 CPU 内存 河南中医药大学/阮晓龙713938213680/http://inux.xg.hactcm.edu.cn/http://www.5lxueweb.cn

河南中医药大学 / 阮晓龙 / 13938213680 / http://linux.xg.hactcm.edu.cn / http://www.51xueweb.cn 1.虚拟化技术  根据实现方式不同，虚拟化技术可以分为全虚拟化、半虚拟化、操作系统级虚 拟化等。 ◼ 全虚拟化 7 1.3 虚拟化的实现方式

8 1虚拟化技术 13虚拟化的实现方式 ¤根据实现方式不同,虚拟化技术可以分为全虚拟化、半虚拟化、操作系统级虚 拟化等。 半虚拟化 ¤半虚拟化技术也叫做准虚拟化技术,是在全虛拟化的基础上,对客户机操作系统进行修改, 增加—个专门的AP,使用AP将客户机操作系统发出的指令进行最优化处理,不需要 Hypervisor耗费一定的资源迸行翻译操作,因此 Hypervisor的工作负担变得非常小,系统 整体的性能有较大提升。 ¤半虚拟化技术的缺点是需要修改操作系统以包含A門丨,不能够实现对通用操作系统的支持。 河南中医药大学/阮晓龙713938213680/http://inux.xg.hactcm.edu.cn/http://www.5lxueweb.cn

河南中医药大学 / 阮晓龙 / 13938213680 / http://linux.xg.hactcm.edu.cn / http://www.51xueweb.cn 1.虚拟化技术  根据实现方式不同，虚拟化技术可以分为全虚拟化、半虚拟化、操作系统级虚 拟化等。 ◼ 半虚拟化  半虚拟化技术也叫做准虚拟化技术，是在全虚拟化的基础上，对客户机操作系统进行修改， 增加一个专门的API，使用API将客户机操作系统发出的指令进行最优化处理，不需要 Hypervisor耗费一定的资源进行翻译操作，因此Hypervisor的工作负担变得非常小，系统 整体的性能有较大提升。  半虚拟化技术的缺点是需要修改操作系统以包含API，不能够实现对通用操作系统的支持。 8 1.3 虚拟化的实现方式

1虚拟化技术 13虚拟化的实现方式 ¤根据实现方式不同,虚拟化技术可以分为全虚拟化、半虚拟化、操作系统级虚 拟化等。 半虚拟化 a pervisor(VMM) 磁盘 CPU 内存 河南中医药大学/阮晓龙713938213680/http://inux.xg.hactcm.edu.cn/http://www.5lxueweb.cn

河南中医药大学 / 阮晓龙 / 13938213680 / http://linux.xg.hactcm.edu.cn / http://www.51xueweb.cn 1.虚拟化技术  根据实现方式不同，虚拟化技术可以分为全虚拟化、半虚拟化、操作系统级虚 拟化等。 ◼ 半虚拟化 9 1.3 虚拟化的实现方式

10 1虚拟化技术 13虚拟化的实现方式 ¤根据实现方式不同,虚拟化技术可以分为全虚拟化、半虚拟化、操作系统级虚 拟化等。 操作系统级虚拟化 ¤操作系统级虚拟化并不是在硬件系统里创建多个虛拟机环境,而是让一个操作系统创建多 个彼此相互独立的应用环境,这些应用环境访问同一内核。操作系统级的虚拟化可以想象 是内核的一种功能,而不是抽象成一层独立的软件。 口因为不存在实际的翻译层或者虛拟化层,所以操作系统级的虛拟机开销很小,大多数都能 达到原本的性能。该类型不能使用多种操作系统,所有虚拟机需要共享一个内核。 河南中医药大学/阮晓龙713938213680/http://inux.xg.hactcm.edu.cn/http://www.5lxueweb.cn

河南中医药大学 / 阮晓龙 / 13938213680 / http://linux.xg.hactcm.edu.cn / http://www.51xueweb.cn 1.虚拟化技术  根据实现方式不同，虚拟化技术可以分为全虚拟化、半虚拟化、操作系统级虚 拟化等。 ◼ 操作系统级虚拟化  操作系统级虚拟化并不是在硬件系统里创建多个虚拟机环境，而是让一个操作系统创建多 个彼此相互独立的应用环境，这些应用环境访问同一内核。操作系统级的虚拟化可以想象 是内核的一种功能，而不是抽象成一层独立的软件。  因为不存在实际的翻译层或者虚拟化层，所以操作系统级的虚拟机开销很小，大多数都能 达到原本的性能。该类型不能使用多种操作系统，所有虚拟机需要共享一个内核。 10 1.3 虚拟化的实现方式